Piller alarm sistemlerinde, el fenerlerinde, saatlerde, hesap makinelerinde, ses sistemlerinde, oyuncaklarda, radyolarda, oto ekipmanlarda, uzaktan kumandalarda kullanılır.
Piller Araba motorlarını çalıştırmak için kullanılırlar; ayrıca yerleşim yerlerinden uzak yerlerde geçici elektrik kaynağı olarak da kullanılabilirler.
Yakıt hücreleri elektrik enerjisi üretiminde (enerji santrallerinde), acil durum enerji kaynaklarında, otonom güç kaynağında, ulaşımda, araç içi güç kaynağında, mobil cihazlarda kullanılır.
Elektroliz
Elektroliz- salınımından oluşan fiziksel ve kimyasal bir süreç elektrotlar Bir elektrik akımı bir çözeltiden veya eriyikten geçtiğinde meydana gelen, elektrotlardaki ikincil reaksiyonlardan kaynaklanan çözünmüş maddelerin veya diğer maddelerin bileşenleri elektrolit.
İletken sıvılarda iyonların düzenli hareketi, oluşturulan bir elektrik alanında meydana gelir. elektrotlar- kaynağın kutuplarına bağlı iletkenler elektrik enerjisi. Anot elektrolizde buna pozitif elektrot denir, katot- olumsuz. Pozitif iyonlar - katyonlar- (metal iyonları, hidrojen iyonları, amonyum iyonları vb.) - katoda doğru hareket ederler, negatif iyonlar - anyonlar- (asit kalıntılarının ve hidroksil grubunun iyonları) - anoda doğru hareket eder.
Elektroliz olgusu modern endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle elektroliz, alüminyum, hidrojen, ayrıca sodyum hidroksit, klor ve organoklor bileşiklerinin endüstriyel üretimine yönelik yöntemlerden biridir. kaynak belirtilmedi 1854 gün], manganez dioksit, hidrojen peroksit. Cevherlerden çok sayıda metal çıkarılır ve elektroliz (elektroekstraksiyon, elektrorafinasyon) kullanılarak işlenir. Ayrıca elektroliz, bir kimyasal akım kaynağının işlev gördüğü ana süreçtir.
Atık su arıtımında (elektrokoagülasyon, elektroekstraksiyon, elektroflotasyon işlemleri) elektroliz kullanılmaktadır. Metal kaplamalar uygulanırken (elektrokaplama) ve nesnelerin şeklini yeniden üretirken (elektroplasti) birçok madde (metaller, hidrojen, klor vb.) üretmek için kullanılır.
Faraday'ın ilk yasası
1832'de Faraday, elektrotta salınan bir maddenin kütlesinin m, elektrolitten geçen elektrik yükü q ile doğru orantılı olduğunu tespit etti: eğer elektrolitten t süresi boyunca geçirilirse. DC akım gücü I ile orantılılık katsayısı denir maddenin elektrokimyasal eşdeğeri. O sayısal olarak kütleye eşit Tek bir elektrik yükü bir elektrolitten geçtiğinde açığa çıkan ve maddenin kimyasal yapısına bağlı olan bir madde.
Faraday'ın ikinci yasası
Elektrokimyasal eşdeğerler çeşitli maddeler onlar gibi davran kimyasal eşdeğerler.
Kimyasal eşdeğeri ve o ilişki denir molar kütle A ve o onun için değerlik z. Bu nedenle elektrokimyasal eşdeğer
nerede F- Faraday sabiti.
Faraday'ın ikinci yasası şu şekilde yazılmıştır:
burada M(g/mol), elektroliz sonucu oluşan belirli bir maddenin molar kütlesidir; I(A) - bir maddeden veya madde karışımından geçen akımın gücü; delta t(c) - elektrolizin gerçekleştirildiği süre; F (C mol −1) - Faraday sabiti; n, yeterince büyük akım değerlerinde, elektrolizde doğrudan yer alan (oksitlenmiş veya indirgenmiş) iyonun (ve karşı iyonunun) yükünün mutlak değerine eşit olan, sürece katılan elektronların sayısıdır.
1. Faraday'ın birinci yasası temeldir miktar kanunu elektrokimya.
2. Elektrokimyasal eşdeğeri.
3.Kulometreler.Kulometrelerin sınıflandırılması.
4. Maddenin akımla çıkışı.
5. Doğru ve darbeli akım kullanıldığında akım çıkışını belirleme yöntemleri.
6.Faraday'ın ikinci yasası.
7. Faraday yasalarından belirgin sapma durumları.
1. Faraday'ın birinci yasası
Üç ana kulometre türü vardır: gravimetrik (gravimetrik), hacimsel (hacimsel) ve titrasyon.
Tartım kulometrelerinde (bunlara gümüş ve bakır dahildir), içlerinden geçen elektrik miktarı, katot veya anotun kütlesindeki değişiklikle hesaplanır. Hacimsel kulometrelerde hesaplama, ortaya çıkan maddelerin hacminin ölçülmesine dayanarak yapılır (hidrojen kulometresindeki gaz, cıva kulometresindeki sıvı cıva). Titrasyon kulometrelerinde, elektrot reaksiyonu sonucu çözeltide oluşan maddelerin titrasyon verilerinden elektrik miktarı belirlenir.
Bakır kulometre pratikte en yaygın olanı laboratuvar araştırması, Çünkü üretimi kolaydır ve oldukça doğrudur. Elektrik miktarını belirlemenin doğruluğu% 0,1'dir. Kulometre iki bakır anot ve bunların arasına yerleştirilmiş ince bir bakır folyo katottan oluşur. Bakır kulometredeki elektrolit, aşağıdaki bileşimin sulu bir çözeltisidir: CuS04 ∙ 5H20, H2S04 ve etanol C2H50H Sülfürik asit artar. elektiriksel iletkenlik elektrolit ve ayrıca katot alanında adsorbe edilebilecek bazik bakır bileşiklerinin oluşumunu önler ve böylece kütlesini arttırır. Orantısızlık reaksiyonunun bir sonucu olarak oluşabilecek Cu 1+ bileşiklerinin birikmesini önlemek için bakır kulometre elektrolitindeki H 2 SO 4 gereklidir:
Cu 0 + Cu 2+ → 2Cu +
Daha ince kristalli, kompakt katot birikintileri elde etmek ve kulometrenin bakır elektrotlarının oksidasyonunu önlemek için elektrolite etil alkol eklenir.
Geçen elektriğin miktarı, elektrolizden önce ve sonra katodun kütlesindeki değişime göre değerlendirilir.
katot ve anot saf gümüşten yapılmıştır.
Gümüş kulometrede elektrolit olarak nötr veya hafif asidik %30'luk gümüş nitrat çözeltisi kullanılır.
Gaz hidrojen-oksijen kulometresi Küçük miktarlardaki elektriğin yaklaşık ölçümleri için kullanılır. Elektroliz sırasında açığa çıkan toplam hidrojen ve oksijen hacmini ölçer sulu çözelti H 2 SO 4 veya NaOH olup, bu değerden geçirilen elektrik miktarı hesaplanır. Bu kulometreler nispeten nadiren kullanılır, çünkü Doğrulukları düşüktür ve kullanımları tartım kulometrelerine göre daha az uygundur.
Hacimsel kulometreler ayrıca şunları içerir: cıva kulometresi. Esas olarak endüstride elektrik miktarını ölçmek için kullanılır. Cıva kulometresinin doğruluğu %1'dir, ancak şu hızda çalışabilir: yüksek yoğunluklar akım. Anot cıvadır. Kömür katottur. Elektrolit, cıva iyodür ve potasyum iyodürün bir çözeltisidir. Elektrik miktarı tüpteki cıva seviyesinden hesaplanır.
En yaygın olanı titrasyon kulometreleri– iyot
Ve Kistyakovsky kulometre.
Bir iyot kulometresi, katot ve anot boşluklarıyla ayrılmış platin-iridyum elektrotlara sahip bir kaptır. İlavesiyle konsantre bir potasyum iyodür çözeltisi hidroklorik asit, katot bölmesine - bir hidroklorik asit çözeltisi. Anottan bir akım geçtiğinde iyot açığa çıkar ve bu daha sonra sodyum tiyosülfat (Na2S203) ile titre edilir. Titrasyon sonuçlarına göre elektrik miktarı hesaplanır.
Kistyakovsky kulometre- Bu bir cam kap. Anot, teması sağlamak için cıva içeren bir cam tüpe lehimlenen gümüş bir teldir. Kap bir potasyum nitrat çözeltisi (%15-20) ile doldurulur. Bu çözeltiye bir platin-iridyum katot daldırılır. Akım geçtiğinde gümüşün anodik çözünmesi meydana gelir. Ayrıca çözeltinin titrasyonu sonuçlarına göre elektrik miktarı hesaplanır.
4. Akım çıkışı
Zn 2+ +2ē →Zn
Elektrot üzerinde birkaç paralel elektrokimyasal reaksiyon meydana gelirse, Faraday'ın birinci yasası bunların her biri için geçerli olacaktır.
Pratik amaçlar doğrultusunda, elektrokimyasal sistemden geçen akımın veya elektrik miktarının ne kadarının her bir spesifik reaksiyon için harcandığını hesaba katmak amacıyla, kavram Bir maddenin akım yoluyla çıkışı.
Böylece VT, elektrokimyasal sistemden geçen elektrik miktarının bu elektrokimyasal reaksiyonun payını oluşturan kısmını belirlemeyi mümkün kılar.
Çözümde olduğu gibi VT bilgisi gereklidir teorik konular: örneğin, kısmi polarizasyon eğrileri oluştururken ve bir elektrokimyasal reaksiyonun mekanizmasını açıklarken ve teknolojik bir işlemin etkinliğini değerlendirmek için metallerin, metal olmayanların, alaşımların elektrodepozisyon uygulamasında. Uygulamada VT çoğunlukla bir maddenin pratik kütlesinin Faraday yasasıyla belirlenen teorik kütleye bölünmesiyle belirlenir.
m pratik - belirli bir miktarda elektriğin geçişi sonucu pratik olarak dönüştürülen bir maddenin kütlesi; m teorisi, aynı miktarda elektriği geçerken teorik olarak dönüşmesi gereken bir maddenin kütlesidir.
Katotta meydana gelen işlemler için VT, kural olarak, anodik işlemlerin VT'si ile çakışmaz, bu nedenle katot ve anot akım çıkışı arasında ayrım yapmak gerekir. Şimdiye kadar, birinci tip bir iletken ile ikinci tip bir iletken arasındaki arayüzden doğrudan bir elektrik akımı aktığında VT'yi belirleme durumlarını düşündük.
5. Darbeli akımı kullanarak VT'yi belirleme yöntemleri
Ancak faz sınırı boyunca akarsa darbe akımı VT belirlenirken ortaya çıkar büyük zorluklar. Darbe elektrolizi sırasında VT'yi belirlemek için tek bir yöntem veya araç yoktur. Darbeli elektroliz koşulları altında VT'yi belirlemenin zorluğu, sistemden geçen akımın sadece elektrokimyasal reaksiyona değil aynı zamanda elektriksel çift katmanın yüklenmesine de harcanmasından kaynaklanmaktadır. Elektrik Ara yüzeyden geçen ve elektrokimyasal dönüşüme neden olan akıma genellikle Faraday akımı denir. Şarj akımı, elektriksel çift katmanın şarj edilmesi, solventin, reaktifin kendisinin yeniden düzenlenmesi için harcanır; Bir elektrokimyasal reaksiyonun meydana gelmesi için gerekli koşulları yaratan her şey, dolayısıyla elektrokimyasal sistemden geçen toplam akımın ifadesi aşağıdaki gibi olacaktır:
I = Iz + Iph, burada Iz şarj akımıdır, Iph ise Faraday akımıdır.
Eğer tanım gerekmiyorsa mutlak değerler VT, daha sonra darbeli elektrolizin verimliliğini değerlendirmek için bir kriter olarak, çökeltinin çözülmesi için harcanan elektrik miktarının oluşumu için harcanan elektrik miktarına oranı kullanılabilir.
6. Faraday'ın ikinci yasası.
Matematiksel olarak bu yasa aşağıdaki denklemle ifade edilir:
Faraday'ın ikinci yasası, birinci yasanın doğrudan sonucudur. Faraday'ın ikinci yasası reaksiyona giren maddenin miktarı ile kimyasal yapısı arasındaki ilişkiyi yansıtır.
Faraday'ın ikinci yasasına göre:
Birinci türden bir iletken ile ikinci türden bir iletken arasındaki arayüzde, birkaç maddenin katıldığı bir ve yalnızca bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelirse, o zaman reaksiyonda dönüşüme uğrayan katılımcıların kütleleri birbirleriyle şu şekilde ilişkilidir: bunların kimyasal eşdeğerleri.
7. Faraday yasalarından belirgin sapma durumları
Maddenin ve elektriğin atomik yapısına dayanan Faraday Birinci Yasası, tam bir doğa yasasıdır. Bundan hiçbir sapma olamaz. Uygulamada hesaplamalar sırasında bu yasadan sapmalar gözlemlenirse, bunlar her zaman ana elektrokimyasal reaksiyona eşlik eden süreçlerin eksik değerlendirilmesinden kaynaklanmaktadır. Örneğin, platin elektrotlu ve gözenekli bir diyaframla ayrılmış anot ve katot boşluklarına sahip bir sistemde sulu bir NaCl çözeltisinin elektrolizi sırasında katotta aşağıdaki reaksiyon meydana gelir:
2H20 + 2ē = H2 + 2OH -
ve anotta: 2Cl - - 2ē = Cl 2
Oluşan miktar Klor gazı Cl2'nin elektrolitte çözünmesi ve bir hidroliz reaksiyonuna girmesi nedeniyle Faraday yasasına göre her zaman aşağıdaki değerden daha azdır:
Cl2 + H2O → HCl+ HClO
Suyla reaksiyona giren klorun kütlesini hesaba katarsak Faraday yasasına göre hesaplanan sonuca karşılık gelen bir sonuç elde ederiz.
Veya birçok metalin anodik çözünmesi sırasında paralel olarak iki işlem meydana gelir - normal değerlik iyonlarının ve sözde alt iyonların oluşumu - yani. düşük değerlikli iyonlar, örneğin: Cu 0 - 2ē → Cu 2+ ve
Cu- 1ē → Cu +. Bu nedenle Faraday yasasına göre sadece iyonların oluştuğu varsayımına göre hesaplama en yüksek değerlik yanlış olduğu ortaya çıkıyor.
Genellikle elektrotta tek bir elektrokimyasal reaksiyon meydana gelmez, fakat birkaç bağımsız paralel reaksiyon meydana gelir. Örneğin, Zn iyonlarının deşarjı ile birlikte Zn'yi asidik bir ZnS04 çözeltisinden ayırırken:
Zn 2+ +2ē →Zn
hidronyum iyonlarının indirgeme reaksiyonu meydana gelir: 2H3O + +2ē → H2 + 2H2O.
Elektrot üzerinde birkaç paralel elektrokimyasal reaksiyon meydana gelirse, Faraday'ın birinci yasası bunların her biri için geçerli olacaktır.
İndüksiyonun elektromotor kuvvetinin ortaya çıkışı en önemli keşif fizik alanında. Gelişim için temeldi teknik uygulama bu olgu.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/1-24.jpg 765w"size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Michael Faraday
Hikaye
19. yüzyılın 20'li yıllarında Danimarkalı Oersted, içinden elektrik akımı geçen bir iletkenin yanına yerleştirildiğinde manyetik bir iğnenin sapmasını gözlemledi.
Michael Faraday bu olguyu daha yakından araştırmak istedi. Büyük bir azimle manyetizmayı elektriğe dönüştürme hedefine ulaştı.
Faraday'ın ilk deneyleri ona bir takım başarısızlıklar getirdi, çünkü başlangıçta bir devredeki önemli bir doğru akımın yakındaki bir devrede bir akım oluşturabileceğine inanıyordu. elektrik iletişimi onların arasında.
Araştırmacı deneyleri değiştirdi ve 1831'de başarı ile taçlandırıldı. Faraday'ın deneyleri, bakır telin kağıt bir borunun etrafına sarılması ve uçlarının bir galvanometreye bağlanmasıyla başladı. Bilim adamı daha sonra bobinin içine bir mıknatıs yerleştirdi ve galvanometre iğnesinin, bobinde bir akımın indüklendiğini gösteren anlık bir sapma verdiğini fark etti. Mıknatısı çıkardıktan sonra okta bir sapma oluştu ters yön. Kısa süre sonra, diğer deneyler sırasında, bir bobine voltaj uygulandığında ve ondan voltajın kaldırıldığı anda, yakındaki bir bobinde bir akımın ortaya çıktığını fark etti. Her iki bobinin de ortak bir manyetik devresi vardı.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/2-21-120x74..jpg 706w"size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Faraday'ın deneyleri
Faraday'ın diğer bobinler ve mıknatıslarla yaptığı sayısız deney devam etti ve araştırmacı, indüklenen akımın gücünün şunlara bağlı olduğunu buldu:
- bobindeki dönüş sayısı;
- mıknatıs gücü;
- mıknatısın bobine daldırılma hızı.
Elektromanyetik indüksiyon (EMF) terimi, bir iletkende alternatif bir dış manyetik alan tarafından bir emk'nin üretilmesi olgusunu ifade eder.
Elektromanyetik indüksiyon yasasının formülasyonu
Kanunun sözlü formülasyonu elektromanyetik indüksiyon: Herhangi bir kapalı döngüde indüklenen elektromotor kuvvet, negatif zaman değişim hızına eşittir manyetik akı, bir zincirle çevrelenmiştir.
Bu tanım matematiksel olarak aşağıdaki formülle ifade edilir:
E = - ΔΦ/ Δt,
burada Ф = B x S, manyetik akı yoğunluğu B ve manyetik akı tarafından dik olarak kesilen alan S ile.
Ek Bilgiler.İki tane Farklı yaklaşımlar indüksiyona. Birincisi, Lorentz kuvvetini kullanarak indüksiyonu ve bunun hareketli bir elektrik yükü üzerindeki etkisini açıklıyor. Ancak bazı durumlarda örneğin manyetik koruma veya tek kutuplu indüksiyon, anlamada sorunlar ortaya çıkabilir fiziksel süreç. İkinci teori, alan teorisinin yöntemlerini kullanır ve değişken manyetik akıları ve bu akıların ilişkili yoğunluklarını kullanarak indüksiyon sürecini açıklar.
Elektromanyetik indüksiyon yasasının fiziksel anlamı üç hükümde formüle edilmiştir:
- Bir tel bobindeki harici MF'deki bir değişiklik, içinde bir voltaj indükler. İletken elektrik devresi kapatıldığında, indüklenen akım iletken boyunca dolaşmaya başlar;
- İndüklenen voltajın büyüklüğü, bobinle ilişkili manyetik akının değişim hızına karşılık gelir;
- İndüklenen emk'nin yönü her zaman ona neden olan nedenin tersidir.
Data-lazy-type = "image" data-src = "http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-18-600x367.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/3-18-768x470..jpg 120w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/3-18.jpg 900w"sizes=" (maks. genişlik: 600 piksel) 100vw, 600 piksel">
Elektromanyetik İndüksiyon Yasası
Önemli! Elektromanyetik indüksiyon yasası formülü şu şekilde uygulanır: Genel dava. Manyetik akıdaki bir değişiklikle açıklanamayacak bilinen bir indüksiyon şekli yoktur.
Bir iletkende indüksiyon emk'si
MF'de hareket eden bir iletkendeki endüksiyon voltajını hesaplamak için başka bir formül kullanılır:
E = - B x l x v x sin α, burada:
- B – indüksiyon;
- l iletkenin uzunluğudur;
- v, hareketinin hızıdır;
- α, hareket yönünün oluşturduğu açıdır ve vektör yönü manyetik indüksiyon.
Önemli! Nereye yönlendirildiğini belirlemenin bir yolu indüklenen akım, iletkende oluşturulan: yerleştirme sağ el avuç içi girişe dik Güç hatları MP ve atanan baş parmak iletkenin hareket yönünü belirterek, dört parmağımızı düzleştirerek içindeki akımın yönünü tanırız.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/4-17-210x140.jpg 210w"size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Sağ el kuralı
Elektroliz kanunları
Faraday'ın 1833'teki tarihi deneyleri de elektrolizle ilgiliydi. Alkol lambasıyla ısıtılan çözünmüş kalay klorüre batırılmış iki platin elektrotlu bir test tüpü aldı. Pozitif elektrotta klor salındı ve negatif elektrotta kalay serbest bırakıldı. Daha sonra serbest kalan tenekeyi tarttı.
Diğer deneylerde araştırmacı, farklı elektrolitlerin bulunduğu kapları seri halinde bağladı ve biriken madde miktarını ölçtü.
Bu deneylere dayanarak iki elektroliz yasası formüle edildi:
- Bunlardan ilki: Elektrotta salınan maddenin kütlesi, elektrolitten geçen elektrik miktarıyla doğru orantılıdır. Matematiksel olarak şöyle yazılır:
m = K x q, burada K, elektrokimyasal eşdeğer olarak adlandırılan bir orantı sabitidir.
Tanımını, 1 saniyede 1 A akım geçtiğinde veya 1 C elektrik geçtiğinde elektrotta salınan maddenin g cinsinden kütlesi olarak formüle edin;
Data-lazy-type = "image" data-src = "http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/5-13-600x342.jpg?.jpg 600w, https://elquanta. ru/wp-content/uploads/2018/03/5-13-768x438..jpg 960w"sizes="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Elektrolizin birinci yasası
- Faraday'ın İkinci Yasası, eğer aynı miktarda elektrik farklı elektrolitlerden geçerse, ilgili elektrotlarda salınan madde miktarının kimyasal eşdeğerleriyle doğru orantılı olduğunu belirtir (bir metalin kimyasal eşdeğeri, molar kütlesinin mol kütlesine bölünmesiyle elde edilir). değerlik - M/z).
Elektrolizin ikinci yasası için aşağıdaki gösterim kullanılır:
BuradaF – 1 mol elektronun yüküyle belirlenen Faraday sabiti:
F = Na (Avogadro sayısı) x e (temel elektrik yükü) = 96485 C/mol.
Faraday'ın ikinci yasası için başka bir ifade yazın:
m1/m2 = K1/K2.
Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2018/03/6-7-768x528..jpg 800w"size="(max-width: 600px) 100vw, 600px">
Elektrolizin İkinci Yasası
Örneğin, bir AgNO 3 ve CuSO 4 çözeltisi içeren seri bağlı iki elektrolitik kabı alırsanız ve bunların içinden aynı miktarda elektriği geçirirseniz, o zaman bir kabın katodunda biriken bakırın kütlesinin, kabın kütlesine oranı. diğer kabın katodunda biriken gümüş bunların oranına eşit olacaktır. kimyasal eşdeğerler. Bakır için öyle Bu makaleye oy verin:
